專利名稱：一種用于交會(huì)對(duì)接的微波測(cè)量與通信系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于交會(huì)對(duì)接的微波測(cè)量與通信系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
目前國外在交會(huì)對(duì)接的微波測(cè)量與通信，采用的是傳統(tǒng)體制的微波雷達(dá)，有些通過分時(shí)應(yīng)用，兼具有通信功能。 我國在載人飛船與天宮一號(hào)交會(huì)對(duì)接項(xiàng)目中也研制了微波雷達(dá)，但是這些設(shè)備的測(cè)距、測(cè)速采用傳統(tǒng)的應(yīng)答式體制。測(cè)角所采用的技術(shù)包括比幅單脈沖跟蹤測(cè)角和干涉儀測(cè)角，工作于L、S、X、Ku等頻段。具有典型代表性的，如美國休斯公司研制的航天飛機(jī)上用于交會(huì)對(duì)接和通信的是Ku頻段的多功能雷達(dá)，遠(yuǎn)距離采用合作應(yīng)答方式，利用脈沖往返時(shí)間測(cè)量距離，載波多普勒頻移測(cè)量速度，采用單脈沖比幅跟蹤測(cè)角，利用分時(shí)方式兼顧通信；蘇聯(lián)/俄羅斯用于交會(huì)對(duì)接測(cè)量的S波段“航向”型雷達(dá)用于“和平號(hào)”空間站，用了 9天線系統(tǒng)圓錐掃描測(cè)角、副載波調(diào)相的應(yīng)答式測(cè)距體制；歐洲研制的S頻段微波雷達(dá)，采用5天線干涉儀測(cè)角方式和應(yīng)答式連續(xù)波側(cè)音測(cè)距方式，角度覆蓋只能達(dá)到60度X80度。國內(nèi)已有的載人飛船項(xiàng)目交會(huì)對(duì)接微波雷達(dá)采用Ku工作頻段，采用干涉儀測(cè)角方式和應(yīng)答式連續(xù)波偽碼擴(kuò)頻測(cè)距方式，避開使用轉(zhuǎn)動(dòng)天線，但存在保證測(cè)量性能指標(biāo)的角度覆蓋窄、容易產(chǎn)生近距離多徑影響的缺點(diǎn)，并且也沒有集成通信能力。國外產(chǎn)品基本研發(fā)于上世紀(jì)70-90年代，測(cè)量體制采用傳統(tǒng)體制，隨著GPS系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，在近地軌道航天器交會(huì)對(duì)接采用GPS進(jìn)行相對(duì)測(cè)量已成為主要途徑之一。在月球軌道交會(huì)對(duì)接中，微波雷達(dá)是中、遠(yuǎn)程測(cè)量的核心敏感器和通信設(shè)備，月球軌道交會(huì)對(duì)接中GPS測(cè)量途徑已不可用，可用的測(cè)量、通信途徑少，并具有很高的輕量化需求，而已有的用于交會(huì)對(duì)接微波測(cè)量系統(tǒng)的不足之處在于采用傳統(tǒng)體制，在集成多功能時(shí)重量與功耗太大，多功能的系統(tǒng)配置和處理方法難以解決高測(cè)量精度與寬覆蓋范圍，多功能集成與產(chǎn)品輕量化之間的矛盾，導(dǎo)致這些方法應(yīng)用的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種用于交會(huì)對(duì)接的微波測(cè)量與通信系統(tǒng)及方法，實(shí)現(xiàn)了在追蹤飛行器和目標(biāo)飛行器間大動(dòng)態(tài)距離范圍、寬視角情況下，追蹤飛行器對(duì)目標(biāo)飛行器的測(cè)距、測(cè)速、測(cè)角和數(shù)據(jù)通信問題。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是—種用于交會(huì)對(duì)接的微波測(cè)量與通信系統(tǒng)，包括，安裝于追蹤飛行器的主機(jī)和安裝于目標(biāo)飛行器的輔機(jī)，所述主機(jī)包括主機(jī)頻率源、主機(jī)信號(hào)處理器、主機(jī)調(diào)制發(fā)射通道、主機(jī)接收通道、測(cè)角接收通道、主機(jī)雙工耦合器、主機(jī)天線陣；所述輔機(jī)包括輔機(jī)頻率源、輔機(jī)信號(hào)處理器、輔機(jī)調(diào)制發(fā)射通道、輔機(jī)接收通道、輔機(jī)雙工耦合器、輔機(jī)天線。在初始或未捕獲階段，所述目標(biāo)飛行器利用輔機(jī)發(fā)射通道和輔機(jī)天線向追蹤飛行器發(fā)送由輔機(jī)信號(hào)處理器產(chǎn)生的捕獲信號(hào)，所述追蹤飛行器利用主機(jī)接收通道和測(cè)角接收通道從接收到的捕獲信號(hào)中分別對(duì)目標(biāo)飛行器的方向進(jìn)行估計(jì)，并根據(jù)方向估計(jì)結(jié)果將所述主機(jī)天線陣指向目標(biāo)飛行器，進(jìn)入測(cè)控階段；在測(cè)控階段，所述目標(biāo)飛行器通過輔機(jī)調(diào)制發(fā)射通道將由輔機(jī)信號(hào)處理器產(chǎn)生的輔機(jī)測(cè)控信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后從輔機(jī)天線發(fā)出；所述追蹤飛行器通過主機(jī)調(diào)制發(fā)射通道將由主機(jī)測(cè)控信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后從主機(jī)天線陣發(fā)出；所述追蹤飛行器的主機(jī)信號(hào)處理器從所述主機(jī)接收通道中接收到的輔機(jī)測(cè)控信號(hào)中提取出目標(biāo)飛行器的偽距測(cè)量值和偽速測(cè)量值并輸出；所述追蹤飛行器的主機(jī)信號(hào)處理器從測(cè)角接收通道中接收到的輔機(jī)測(cè)控信號(hào)中獲得載波相位測(cè)量值并輸出；所述目標(biāo)飛行器的輔機(jī)信號(hào)處理器從所述輔機(jī)接收通道接收到的主機(jī)測(cè)控信號(hào)中提取出追蹤飛行器的偽距測(cè)量值和偽速測(cè)量值，并利用所述偽距測(cè)量值和偽速測(cè)量值對(duì)目標(biāo)飛行器進(jìn)行時(shí)標(biāo)調(diào)整。
進(jìn)一步的，所述捕獲信號(hào)采用單載波信號(hào)，由全O或全I(xiàn)碼組成；所述主機(jī)測(cè)控信號(hào)和輔機(jī)測(cè)控信號(hào)均為時(shí)幀偽碼擴(kuò)頻載波調(diào)制信號(hào)，在所述時(shí)幀偽碼擴(kuò)頻載波調(diào)制信號(hào)的I支路調(diào)制擴(kuò)頻測(cè)控信息、Q支路調(diào)制擴(kuò)頻通信信息。進(jìn)一步的，所述主機(jī)天線陣包括1個(gè)主收發(fā)天線，5個(gè)測(cè)角天線和I個(gè)初捕獲天線，所述主收發(fā)天線與所述主機(jī)接收通道和主機(jī)發(fā)射通道相連；所述初捕獲天線在初始或未捕獲階段與測(cè)角接收通道相連，在測(cè)控階段，斷開與測(cè)角接收通道的連接；所述測(cè)角天線在測(cè)控階段與測(cè)角接收通道相連。進(jìn)一步的，所述測(cè)角天線組成L形，所述主收發(fā)天線位于L形測(cè)角天線陣口面軸線的幾何中心位置，初捕獲天線位于L形測(cè)角天線陣中的空區(qū)位置，與L形測(cè)角天線陣形成正方形天線陣。進(jìn)一步的，所述主機(jī)天線陣和輔機(jī)天線采用Ka或以上頻段天線。一種基于上述系統(tǒng)的用于交會(huì)對(duì)接的微波測(cè)量與通信方法，包括以下步驟在初始或未捕獲階段所述目標(biāo)飛行器向追蹤飛行器發(fā)送捕獲信號(hào)，所述追蹤飛行器利用主機(jī)接收通道和測(cè)角接收通道對(duì)捕獲信號(hào)進(jìn)行方向估計(jì)；所述追蹤飛行器根據(jù)方向估計(jì)結(jié)果轉(zhuǎn)動(dòng)主機(jī)天線陣，將主機(jī)天線陣對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)飛行器，并轉(zhuǎn)入測(cè)控階段；在測(cè)控階段所述目標(biāo)飛行器向追蹤飛行器發(fā)送輔機(jī)測(cè)控信號(hào)；所述追蹤飛行器向目標(biāo)飛行器發(fā)送主機(jī)測(cè)控信號(hào)；所述追蹤飛行器利用接收到的輔機(jī)測(cè)控信號(hào)獲得目標(biāo)飛行器的偽距測(cè)量值、偽速測(cè)量值和載波相位測(cè)量值，利用所述偽距測(cè)量值、偽速測(cè)量值與接收到的來自于目標(biāo)飛行器的測(cè)控信號(hào)信息幀中的目標(biāo)飛行器的偽距測(cè)量值和偽速測(cè)量值進(jìn)行追蹤飛行器和目標(biāo)飛行器的時(shí)差、距離、速度解算，所述偽距測(cè)量值和偽速測(cè)量值通過測(cè)控信號(hào)信息幀發(fā)送到目標(biāo)飛行器；利用所述載波相位測(cè)量值獲得目標(biāo)飛行器的方位角和俯仰角，根據(jù)所述目標(biāo)飛行器的方位角和俯仰角驅(qū)動(dòng)所述主機(jī)天線陣對(duì)目標(biāo)飛行器進(jìn)行跟蹤；所述目標(biāo)飛行器利用接收到的主機(jī)測(cè)控信號(hào)獲得追蹤飛行器的偽距測(cè)量值和偽速測(cè)量值，利用所述偽距測(cè)量值和偽速測(cè)量值以及接收到的來自于追蹤飛行器的測(cè)控信號(hào)信息幀中的偽距測(cè)量值和偽速測(cè)量值進(jìn)行目標(biāo)飛行器和追蹤飛行器的時(shí)差、距離、速度解算對(duì)目標(biāo)飛行器的時(shí)標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，所述偽距測(cè)量值和偽速測(cè)量值通過測(cè)控信號(hào)信息幀發(fā)送到追蹤飛行器。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明在初始階段或未捕獲階段采用單載波的捕獲信號(hào)，在捕獲完成后的測(cè)控階段采用時(shí)幀偽碼擴(kuò)頻載波調(diào)制信號(hào)的測(cè)控信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了在初捕獲階段和測(cè)控階段微波頻率、收發(fā)通道和信號(hào)處理器的復(fù)用。在所述追蹤飛行器中，配置主機(jī)接收通道和測(cè)角接收通道可分別實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)飛行器的測(cè)距、測(cè)速和測(cè)角。在追蹤飛行器與目標(biāo)飛行器間IOOkm到對(duì)接的大動(dòng)態(tài)距離范圍、-60度到+60度寬視角情況下，追蹤飛行器對(duì)目標(biāo)飛信器的優(yōu)于O. I米精度的測(cè)距、優(yōu)于O. 005米/秒精度的測(cè)速、優(yōu)于O. I度精度的測(cè)角和數(shù)據(jù)通信。且上述測(cè)量過程中，通過使用單個(gè)測(cè)角接收通道接收主機(jī)天線陣輸出的信號(hào)避免 了采用多個(gè)接收通道引起的相位不一致從而影響測(cè)角精度的情況。與現(xiàn)有技術(shù)相比改善了測(cè)角精度。


圖I為本發(fā)明示意圖；圖2為主機(jī)天線陣示意圖。
具體實(shí)施例方式下面就結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步介紹。如圖I所示為本發(fā)明實(shí)施例示意圖。包括安裝于追蹤飛行器的主機(jī)和安裝于目標(biāo)飛行器的輔機(jī)。追蹤飛行器利用主機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)飛行器的測(cè)距、測(cè)速、測(cè)角、數(shù)據(jù)通信，并將測(cè)距、測(cè)速、測(cè)角的結(jié)果和數(shù)據(jù)通信信息進(jìn)行輸出給追蹤飛行器的GNC分系統(tǒng)用于追蹤飛行器與目標(biāo)飛行器的交會(huì)對(duì)接。所述主機(jī)包括主機(jī)頻率源、主機(jī)信號(hào)處理器、主機(jī)調(diào)制發(fā)射通道、主機(jī)接收通道、測(cè)角接收通道、主機(jī)雙工耦合器和主機(jī)天線陣。所述輔機(jī)包括輔機(jī)頻率源、輔機(jī)信號(hào)處理器、輔機(jī)調(diào)制發(fā)射通道、輔機(jī)接收通道和輔機(jī)天線。在主機(jī)中，主機(jī)頻率源產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率，并通過基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生用于主機(jī)中其他設(shè)備的工作頻率信號(hào)，并將產(chǎn)生的各工作頻率信號(hào)分別輸出給主機(jī)信號(hào)處理器、主機(jī)調(diào)制發(fā)射通道、主機(jī)接收通道和測(cè)角接收通道。主機(jī)信號(hào)處理器、主機(jī)調(diào)制發(fā)射通道和主機(jī)接收通道和測(cè)角接收通道根據(jù)輸入的工作頻率信號(hào)進(jìn)行工作。輔機(jī)頻率源對(duì)輔機(jī)的各設(shè)備做與主機(jī)頻率源做同樣的動(dòng)作。輔機(jī)中輔機(jī)信號(hào)處理器、輔機(jī)調(diào)制發(fā)射通道、輔機(jī)接收通道均在各自的工作頻率下進(jìn)行工作。在主機(jī)中，主機(jī)調(diào)制發(fā)射通道用于對(duì)主機(jī)信號(hào)處理器產(chǎn)生的捕獲信號(hào)和主機(jī)測(cè)控信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制方式采用BPSK調(diào)制或QPSK調(diào)制，信號(hào)調(diào)制后通過主機(jī)天線陣進(jìn)行發(fā)送。主機(jī)接收通道通過主機(jī)天線陣接收由輔機(jī)發(fā)送的捕獲信號(hào)或測(cè)控信號(hào)，并將捕獲信號(hào)或測(cè)控信號(hào)進(jìn)行低噪聲接收和下變頻后輸出給主機(jī)信號(hào)處理器，由主機(jī)信號(hào)處理器對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行測(cè)距、測(cè)速及測(cè)角處理。上述主機(jī)天線陣由7個(gè)喇叭天線、波導(dǎo)、六選一開關(guān)、雙軸轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(含電機(jī)、旋變)、兩維旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(雙通道)組成，包括1個(gè)主收發(fā)天線，采用窄波束高增益天線；5個(gè)測(cè)角天線，呈L形布局，分別形成兩維虛擬基線的測(cè)角陣列；1個(gè)初捕獲天線。初捕獲天線和5個(gè)測(cè)角天線通過波導(dǎo)連到一個(gè)六選一開關(guān)切換到一個(gè)共享的測(cè)角接收通道。上述各天線按圖2所述范圍組成主機(jī)天線陣，其中，第一測(cè)角天線、第二測(cè)角天線和第三測(cè)角天線的中心軸與主收發(fā)天線中心軸具有相等間距。主收發(fā)天線、測(cè)角天線和初捕獲天線的具體波束寬度選擇依據(jù)掃描覆蓋角度范圍、角捕獲時(shí)間、測(cè)角范圍和精度綜合確定，原則是主收發(fā)天線用于角捕獲階段的信號(hào)接收和發(fā)射，其波束要求較窄，既保證天線高增益，又要保證掃描接收信號(hào)方向估計(jì)精度，但是波束太窄又影響捕獲時(shí)間和捕獲概率，因此，設(shè)計(jì)初捕獲天線只用于角捕獲階段的寬范 圍掃描粗略估計(jì)方向，波束寬度選擇一般為主收發(fā)天線波束寬度的3到10倍。通過粗掃描和局部精掃描兩次掃描估計(jì)信號(hào)方向。測(cè)角天線的波束寬度大小介于初捕獲天線和主收發(fā)天線的波束寬度之間，用于測(cè)控階段角度的精確測(cè)量，用于跟蹤測(cè)量的角差獲取，兼顧較大的測(cè)角范圍和較高的測(cè)角精度以及天線的重量，選較寬波束時(shí)天線口徑小重量輕，選較窄波束時(shí)增益高有利于測(cè)角精度和減小發(fā)射方的信號(hào)功率。具體參數(shù)確定依據(jù)具體技術(shù)指標(biāo)。追蹤飛行器在主機(jī)開機(jī)后的初始階段或測(cè)控信號(hào)失捕的未捕獲階段，輔機(jī)信號(hào)處理器產(chǎn)生用于輔助輔機(jī)實(shí)現(xiàn)捕獲的捕獲信號(hào)，捕獲信號(hào)由全O或全I(xiàn)的符號(hào)組成，經(jīng)輔機(jī)調(diào)制發(fā)射通道由輔機(jī)天線發(fā)出。追蹤飛行器中的主機(jī)利用主機(jī)天線中的初捕獲天線和主收發(fā)天線對(duì)輔機(jī)發(fā)送的捕獲信號(hào)進(jìn)行接收，由初捕獲天線接收到的捕獲信號(hào)送入測(cè)角接收通道，轉(zhuǎn)換為中頻后輸出到主機(jī)信號(hào)處理器。由主收發(fā)天線接收到的捕獲信號(hào)由主機(jī)接收通道轉(zhuǎn)換為中頻后輸出到主機(jī)信號(hào)處理器。主機(jī)信號(hào)處理器利用測(cè)角接收通道和主機(jī)接收通道送入的信號(hào)進(jìn)行目標(biāo)飛行器的方向估計(jì)，并根據(jù)方向估計(jì)結(jié)果轉(zhuǎn)動(dòng)主機(jī)天線陣，使得主機(jī)天線陣對(duì)準(zhǔn)對(duì)目標(biāo)飛行器。主機(jī)信號(hào)處理器對(duì)目標(biāo)飛行器進(jìn)行方向估計(jì)的方法為控制主機(jī)天線陣轉(zhuǎn)動(dòng)，第一次以較大的螺距進(jìn)行大范圍螺線軌跡方式掃描，螺距一般設(shè)計(jì)為初捕獲天線波束寬度的1/2到2/3角度，在掃描過程中，對(duì)兩個(gè)通道輸出的信號(hào)分別進(jìn)行能量檢測(cè)存儲(chǔ)，檢測(cè)周期可設(shè)計(jì)為50ms到100ms。在掃描過程中，不斷對(duì)檢測(cè)存儲(chǔ)的信息進(jìn)行信號(hào)能量大小分析比較，當(dāng)能夠估計(jì)出目標(biāo)初步方向時(shí)，將天線指向轉(zhuǎn)到該方向，啟動(dòng)控制主機(jī)天線陣進(jìn)行第二次局部螺線軌跡方式掃描，螺距一般設(shè)計(jì)為主接收天線波束寬度的1/2到2/3角度，信號(hào)處理器進(jìn)行與第一次掃描過程相同的處理方法，對(duì)目標(biāo)方向進(jìn)行更準(zhǔn)確的估計(jì)，將天線指向轉(zhuǎn)到該方向。如果目標(biāo)方向缺乏任何先驗(yàn)信息的條件下，第一次掃描從“O”指向角啟動(dòng)，否則從預(yù)知的粗略方向角啟動(dòng)。追蹤飛行器完成對(duì)目標(biāo)飛行器的方向估計(jì)后，在測(cè)控信號(hào)中通過加入“輔機(jī)發(fā)射測(cè)控信號(hào)”指令信息(測(cè)控信息幀設(shè)計(jì)為偽碼擴(kuò)頻的時(shí)幀的格式，具有標(biāo)識(shí)時(shí)間信號(hào)的幀標(biāo)志、勤務(wù)段和數(shù)據(jù)段信息等。發(fā)射幀標(biāo)志與本地時(shí)間相干，該指令信息由數(shù)據(jù)段中有冗余的兩位信息表示)，以通知輔機(jī)信號(hào)處理器控制測(cè)控信號(hào)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為發(fā)出偽碼擴(kuò)頻測(cè)控信號(hào)狀態(tài)轉(zhuǎn)入測(cè)控階段，主機(jī)信號(hào)處理器從在捕獲階段時(shí)單頻方向檢測(cè)處理模式轉(zhuǎn)換為偽碼擴(kuò)頻測(cè)控信號(hào)的捕獲、跟蹤、數(shù)據(jù)解調(diào)、測(cè)距、測(cè)速、測(cè)角處理模式；同時(shí)，目標(biāo)飛行器的輔機(jī)信號(hào)處理器收到主機(jī)發(fā)來的“輔機(jī)發(fā)射測(cè)控信號(hào)”指令信息后開始產(chǎn)生輔機(jī)測(cè)控信號(hào)。主機(jī)測(cè)控信號(hào)和輔機(jī)測(cè)控信號(hào)采用偽碼直接序列擴(kuò)頻后的調(diào)制信號(hào)，調(diào)制方式一般采用BPSK或QPSK。通信信息量很小時(shí)采用BPSK，通信信息量較大時(shí)采用QPSK，一般在QPSK的正交支路調(diào)制擴(kuò)頻通信信號(hào)。在目標(biāo)飛行器經(jīng)輔 機(jī)調(diào)制發(fā)射通道和輔機(jī)天線發(fā)出的輔機(jī)測(cè)控信號(hào)，由主機(jī)通過主收發(fā)天線進(jìn)行接收，其中，主收發(fā)天線接收的測(cè)控信號(hào)經(jīng)主機(jī)接收通道后送入主機(jī)信號(hào)處理器，由主機(jī)信號(hào)處理器產(chǎn)生與目標(biāo)飛行器間的偽距測(cè)量值和偽速測(cè)量值并緩存，并立即將該偽距、偽速值打包到發(fā)射測(cè)控信息幀中的勤務(wù)段發(fā)出給目標(biāo)飛行器。5個(gè)測(cè)角天線接收的測(cè)控信號(hào)經(jīng)測(cè)角接收通道后由主機(jī)信號(hào)處理器產(chǎn)生目標(biāo)飛行器發(fā)射測(cè)控信號(hào)到達(dá)主機(jī)各路測(cè)角天線的載波相位測(cè)量值。主機(jī)信號(hào)處理器將從處理后的測(cè)控信號(hào)幀中提取對(duì)方的偽距測(cè)量值和偽速測(cè)量值與本地緩存的偽距測(cè)量值、偽速測(cè)量值按相同測(cè)量時(shí)刻配對(duì)，配對(duì)后進(jìn)行時(shí)差、距離、速度解算，同時(shí)利用單接收通道測(cè)角技術(shù)實(shí)現(xiàn)方位角差和俯仰角差的處理，之后結(jié)合當(dāng)前天線的軸角合成解算出目標(biāo)飛行器相對(duì)追蹤飛行器主機(jī)天線安裝坐標(biāo)系的方向。在追蹤飛行器經(jīng)主機(jī)調(diào)制發(fā)射通道和主收發(fā)天線發(fā)出的主機(jī)測(cè)控信號(hào)，由輔機(jī)通過輔機(jī)天線進(jìn)行接收，經(jīng)輔機(jī)接收通道后，由輔機(jī)信號(hào)處理器產(chǎn)生與追蹤飛行器間的偽距測(cè)量值和偽速測(cè)量值。輔機(jī)信號(hào)處理器將從處理后的測(cè)控信號(hào)幀中提取對(duì)方偽距、偽速測(cè)量值與本地緩存的偽距、偽速測(cè)量值按相同測(cè)量時(shí)刻配對(duì)，輔機(jī)信號(hào)處理器根據(jù)配對(duì)后的偽距、偽速測(cè)量值進(jìn)行時(shí)差、距離、速度解算，若輔機(jī)信號(hào)處理器檢測(cè)到解算出的與主機(jī)時(shí)差超出閾值，則進(jìn)行時(shí)標(biāo)調(diào)整。上述測(cè)控信號(hào)的載波頻率設(shè)計(jì)可根據(jù)具體任務(wù)情況在多個(gè)頻段選擇，優(yōu)選較高頻段以減小天線重量，本實(shí)施例選用了 Ka及以上頻段，即主機(jī)天線陣和輔機(jī)天線采用Ka或以上頻段天線。從主機(jī)到輔機(jī)的載波頻率與從輔機(jī)到主機(jī)的載波頻率用不同頻點(diǎn)，在Ka頻段，頻差一般選擇在500MHz到2GHz范圍，目標(biāo)飛行器與追蹤飛行器間的測(cè)控信號(hào)設(shè)計(jì)如下包含前向鏈路(從主機(jī)到輔機(jī))和反向鏈路(從輔機(jī)到主機(jī))，測(cè)控信號(hào)結(jié)構(gòu)也基本一致。主機(jī)與輔機(jī)間的前向和反向鏈路信號(hào)均采用直接序列擴(kuò)頻和射頻載波調(diào)制信號(hào)。主機(jī)到輔機(jī)的前向鏈路擴(kuò)頻碼序列與反向鏈路擴(kuò)頻碼序列不同，主機(jī)發(fā)射的前向鏈路信號(hào)通過變頻耦合饋入測(cè)距接收通道，產(chǎn)生測(cè)距自校準(zhǔn)信號(hào)，接收信號(hào)與自校準(zhǔn)信號(hào)形成的多址方式為同頻碼分多址。實(shí)施例目標(biāo)飛行器與追蹤飛行器之間載波頻率從大于30GHz的Ka頻段中選出兩個(gè)頻點(diǎn)作為前向和反向載波，信息幀長為200ms，采用QPSK調(diào)制，其中一個(gè)支路設(shè)計(jì)為測(cè)量信息幀，其正交支路設(shè)計(jì)為通信信息幀，偽碼速率采用10.23Mcps。主機(jī)天線陣中主收發(fā)天線波束寬度設(shè)計(jì)為±5度，測(cè)角天線設(shè)計(jì)為±15度，初捕獲天線設(shè)計(jì)為±20度，主機(jī)可控天線轉(zhuǎn)角大于120度范圍，輔機(jī)天線為120度錐角寬波束天線；主機(jī)發(fā)射功率O. 2W，輔機(jī)發(fā)射功率1W。從設(shè)備的實(shí)現(xiàn)性能，測(cè)距精度可達(dá)到優(yōu)于O. lm，測(cè)速精度可優(yōu)于O. 05m/s，測(cè)角精度可優(yōu)于0.1° ;角度覆蓋能力可優(yōu)于120度。范圍；測(cè)量距離范圍不小于5米到IOOkm范圍；通信速率可不小于5kbps，通信范圍不小于O. 2m到IOOkm ;初捕獲時(shí)間小于90秒；樣機(jī)總重量小于15kg，總功耗小于120W。
本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。
權(quán)利要求
1.一種用于交會(huì)對(duì)接的微波測(cè)量與通信系統(tǒng)，包括，安裝于追蹤飛行器的主機(jī)和安裝于目標(biāo)飛行器的輔機(jī)，所述主機(jī)包括主機(jī)頻率源、主機(jī)信號(hào)處理器、主機(jī)調(diào)制發(fā)射通道、主機(jī)接收通道、測(cè)角接收通道、主機(jī)雙エ耦合器、主機(jī)天線陣；所述輔機(jī)包括輔機(jī)頻率源、輔機(jī)信號(hào)處理器、輔機(jī)調(diào)制發(fā)射通道、輔機(jī)接收通道、輔機(jī)雙エ耦合器、輔機(jī)天線，其特征在于: 在初始或未捕獲階段，所述目標(biāo)飛行器利用輔機(jī)發(fā)射通道和輔機(jī)天線向追蹤飛行器發(fā)送由輔機(jī)信號(hào)處理器產(chǎn)生的捕獲信號(hào)，所述追蹤飛行器利用主機(jī)接收通道和測(cè)角接收通道從接收到的捕獲信號(hào)中分別對(duì)目標(biāo)飛行器的方向進(jìn)行估計(jì)，井根據(jù)方向估計(jì)結(jié)果將所述主機(jī)天線陣指向目標(biāo)飛行器，進(jìn)入測(cè)控階段； 在測(cè)控階段，所述目標(biāo)飛行器通過輔機(jī)調(diào)制發(fā)射通道將由輔機(jī)信號(hào)處理器產(chǎn)生的輔機(jī)測(cè)控信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后從輔機(jī)天線發(fā)出；所述追蹤飛行器通過主機(jī)調(diào)制發(fā)射通道將由主機(jī)測(cè)控信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后從主機(jī)天線陣發(fā)出； 所述追蹤飛行器的主機(jī)信號(hào)處理器從所述主機(jī)接收通道中接收到的輔機(jī)測(cè)控信號(hào)中提取出目標(biāo)飛行器的偽距測(cè)量值和偽速測(cè)量值并輸出；所述追蹤飛行器的主機(jī)信號(hào)處理器從測(cè)角接收通道中接收到的輔機(jī)測(cè)控信號(hào)中獲得載波相位測(cè)量值并輸出； 所述目標(biāo)飛行器的輔機(jī)信號(hào)處理器從所述輔機(jī)接收通道接收到的主機(jī)測(cè)控信號(hào)中提取出追蹤飛行器的偽距測(cè)量值和偽速測(cè)量值，并利用所述偽距測(cè)量值和偽速測(cè)量值對(duì)目標(biāo)飛行器進(jìn)行時(shí)標(biāo)調(diào)整。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種用于交會(huì)對(duì)接的微波測(cè)量與通信系統(tǒng)，其特征在于所述捕獲信號(hào)采用單載波信號(hào)，由全O或全I(xiàn)碼組成；所述主機(jī)測(cè)控信號(hào)和輔機(jī)測(cè)控信號(hào)均為時(shí)幀偽碼擴(kuò)頻載波調(diào)制信號(hào)，在所述時(shí)幀偽碼擴(kuò)頻載波調(diào)制信號(hào)的I支路調(diào)制擴(kuò)頻測(cè)控信息、Q支路調(diào)制擴(kuò)頻通信信息。
3.如權(quán)利要求I所述的ー種用于交會(huì)對(duì)接的微波測(cè)量與通信系統(tǒng)，其特征在于所述主機(jī)天線陣包括I個(gè)主收發(fā)天線，5個(gè)測(cè)角天線和I個(gè)初捕獲天線，所述主收發(fā)天線與所述主機(jī)接收通道和主機(jī)發(fā)射通道相連；所述初捕獲天線在初始或未捕獲階段與測(cè)角接收通道相連，在測(cè)控階段，斷開與測(cè)角接收通道的連接；所述測(cè)角天線在測(cè)控階段與測(cè)角接收通道相連。
4.如權(quán)利要求3所述的ー種用于交會(huì)對(duì)接的微波測(cè)量與通信系統(tǒng)，其特征在于所述測(cè)角天線組成L形，所述主收發(fā)天線位于L形測(cè)角天線陣ロ面軸線的幾何中心位置，初捕獲天線位于L形測(cè)角天線陣中的空區(qū)位置，與L形測(cè)角天線陣形成正方形天線陣。
5.如權(quán)利要求I或3所述的ー種用于交會(huì)對(duì)接的微波測(cè)量與通信系統(tǒng)，其特征在于所述主機(jī)天線陣和輔機(jī)天線采用Ka或以上頻段天線。
6.ー種基于權(quán)利要求I所述系統(tǒng)的用于交會(huì)對(duì)接的微波測(cè)量與通信方法，其特征在于包括以下步驟 在初始或未捕獲階段 所述目標(biāo)飛行器向追蹤飛行器發(fā)送捕獲信號(hào)，所述追蹤飛行器利用主機(jī)接收通道和測(cè)角接收通道對(duì)捕獲信號(hào)進(jìn)行方向估計(jì)； 所述追蹤飛行器根據(jù)方向估計(jì)結(jié)果轉(zhuǎn)動(dòng)主機(jī)天線陣，將主機(jī)天線陣對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)飛行器，并轉(zhuǎn)入測(cè)控階段；在測(cè)控階段 所述目標(biāo)飛行器向追蹤飛行器發(fā)送輔機(jī)測(cè)控信號(hào)；所述追蹤飛行器向目標(biāo)飛行器發(fā)送主機(jī)測(cè)控信號(hào)； 所述追蹤飛行器利用接收到的輔機(jī)測(cè)控信號(hào)獲得目標(biāo)飛行器的偽距測(cè)量值、偽速測(cè)量值和載波相位測(cè)量值，利用所述偽距測(cè)量值、偽速測(cè)量值與接收到的來自于目標(biāo)飛行器的測(cè)控信號(hào)信息幀中的目標(biāo)飛行器的偽距測(cè)量值和偽速測(cè)量值進(jìn)行追蹤飛行器和目標(biāo)飛行器的時(shí)差、距離、速度解算，所述偽距測(cè)量值和偽速測(cè)量值通過測(cè)控信號(hào)信息幀發(fā)送到目標(biāo)飛行器；利用所述載波相位測(cè)量值獲得目標(biāo)飛行器的方位角和俯仰角，根據(jù)所述目標(biāo)飛行器的方位角和俯仰角驅(qū)動(dòng)所述主機(jī)天線陣對(duì)目標(biāo)飛行器進(jìn)行跟蹤；所述目標(biāo)飛行器利用接收到的主機(jī)測(cè)控信號(hào)獲得追蹤飛行器的偽距測(cè)量值和偽速測(cè)量值，利用所述偽距測(cè)量值和偽速測(cè)量值以及接收到的來自于追蹤飛行器的測(cè)控信號(hào)信息幀中的偽距測(cè)量值和偽速測(cè)量值進(jìn)行目標(biāo)飛行器和追蹤飛行器的時(shí)差、距離、速度解算對(duì)目標(biāo)飛行器的時(shí)標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，所述偽距測(cè)量值和偽速測(cè)量值通過測(cè)控信號(hào)信息幀發(fā)送到追蹤飛行器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于交會(huì)對(duì)接的微波測(cè)量與通信系統(tǒng)，包括，安裝于追蹤飛行器的主機(jī)和安裝于目標(biāo)飛行器的輔機(jī)，所述主機(jī)包括主機(jī)頻率源、主機(jī)信號(hào)處理器、主機(jī)調(diào)制發(fā)射通道、主機(jī)接收通道、測(cè)角接收通道、主機(jī)雙工耦合器、主機(jī)天線陣；所述輔機(jī)包括輔機(jī)頻率源、輔機(jī)信號(hào)處理器、輔機(jī)調(diào)制發(fā)射通道、輔機(jī)接收通道、輔機(jī)雙工耦合器、輔機(jī)天線。同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種采用上述裝置的用于交會(huì)對(duì)接的微波測(cè)量與通信方法。采用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在追蹤飛行器和目標(biāo)飛行器間大動(dòng)態(tài)距離范圍、寬視角情況下，追蹤飛行器對(duì)目標(biāo)飛行器的測(cè)距、測(cè)速、測(cè)角和數(shù)據(jù)通信問題。
文檔編號(hào)G01S13/72GK102736077SQ20121020411
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月20日
發(fā)明者嚴(yán)琪, 尚社, 張文會(huì), 楊瑞強(qiáng), 王登峰, 蔡春貴, 趙峰, 蹤念科, 鄭先安, 鐘興旺 申請(qǐng)人:西安空間無線電技術(shù)研究所